JPS62226073A - 車両の三次元位置計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は車両の三次元位置の計測方法に係り、特に車
両の走行路が頻繁に変り、かつ路面が整地でない土木作
業現場における建設車両の位置計測に用いて好適なもの
である。

（従来の技術） 従来の走行車両の位置計測方法は次のように分類される
。すなわち （Ａ）走行車両が外部の支援施設を利用して位置を検出
する方法。

（Ａ）−（１）固定径路方法・・・・・・走行車両の走
路に埋設したケーブルまたは走路面上に固定した光学テ
ープにより走行車両を誘導、あるいは走路に沿って放射
されるレーザビームにより走行車両を誘導する方法。

（Ａ）−（２）半固定径路方法・・・・・・走行車両の
走路面上に置いたマークを利用して走行車両を誘導する
方法。

（Ａ）−（３）自由径路方法・・・・・・外部支援施設
の基準点から走行車両に至る方角及び距離を計測しなが
ら、自由な径路を誘導する方法であって、計測手段とし
ては電波、レーザ光または超音波が用いられ、計測方法
としては次の２方法がある。すなわち （Ａ）−（３）−（ｉ）円弧方法・旧・・第７図（ａ）
においてａ及びｂは地上の２基準点であり、ｐは位置計
測の対象である走行車両の位置である。

−例として電波を用いた場合について説明する。

ｐ点から電波を送信し、ａ点及びｂ点で受信し。

受信と同時に返信しこれをｐ点で受信ずれば。

電波がｐａ間及びｐｂ間を往復する時間を測定すること
により、ｐ点の位置が決定されるものである。

（Ａ）　　　（３）　　　（ｉｉ）双曲線方法・・・・
・・第７図（ｂ）において、ａ、ｂ及びＣは地上の３基
準点であり、ｐは位置計測の対象である走行車両の位置
である。−例として電波を用いた場合について説明する
。ａ点及びｂ点で同時刻Ｔ０に電波を送信し、ｐ点にお
いて時刻Ｔ１及びＴｂに受信したとすれば、■を電波の
伝播速度として次式が成り立つ。

ｐａ間の距離　Ｌ、＝Ｖ（Ｔ、−Ｔｏ）−−−−−−−
（１）ｐｂ間の「目前　Ｌ　ｂ　＝　Ｖ　（Ｔ　、　−
Ｔ　Ｏ）　−−−−（２１故に　　　Ｌ　−Ｌ　ｂ　＝
　Ｖ　（Ｔ　ｍ　　Ｔ　ｂ）　−−−−−−−（３）（
３）式によりＴ−Ｔｂを測定すればＬ−Ｌｂが計算でき
る。そして２定点からの距離の差が一定である点の軌跡
は、その２定点を焦点とする双曲線であることから、ｐ
点はａ点及びｂ点を焦点とする一つの双曲線（第７図（
ｂｌのＳ。９）上に在ることになる。、ａ点及びＣ点に
ついても同様の測定を行なえば、ｐ点はａ点及びＣ点を
焦点とする双曲線（第７図（ｂｌのＳ、ｃ、）上に在る
ことになり、ｐ点の位置は双曲ｗＡｓｘｂｐ及びＳ　ａ
ｃｐの交点として決定される。（但し、２つの双曲線の
交点は２点あるが、測定者が推定位置に近い一点を選択
すれば良い。） （Ｂ）外部支援施設を用いず走行車両の車輪の回転、及
び走行車両に搭載したジャイロによって、走行車両が独
自に自立して距離と方向を計測する方法。

（発明が解決しようとする問題点） 建設車両が稼働する土木作業現場では、（ａ）建設車両
の走路が頻繁に変る。（ｂ）建設車両の走路面が整地で
ない、という悪条件があり、上記（従来の技術）で述べ
た位置計測方法のうち。

（Ａ）−（１）固定径路方法及び（Ａ）−（２）半固定
径路方法は、前記（ａ）建設車両の走路が頻繁に変ると
いう条件により使えない。また、上記（Ｂ）外部支援施
設を用いず、走行車両の自立による位置計測方法は、誤
差が累積されるので、前記（ｂｌ建設車両の走路面が整
地でないという条件から、土木作業現場への適用は非常
に困難である。

土木作業現場で実用可能なのは、上記（従来の技術）で
述べた位置計測方法のうちの（Ａ）＝（３）自由径路方
法であるが、計測手段のうち従来の電波を用いた方法の
ものは船舶用など長距離かつ大規模なものには適するが
、高価であり、測位精度もあまり良くない。また、計測
方法については次の問題点がある。

（Ａ）−（３）−（ｉ）円弧方法は、２基準点に対し、
建設車両１台の測位しか行なえない。

（Ａ）　−（３）　−（ｉｉ）双曲線方法は複数台の建
設車両の測位が可能であるが、３基準点を必要とし、か
つ基準点相互間（第７図（ｂｌＯａ点とｂ点及びａ点と
Ｃ点）で同期をとる必要があり複雑かつ高価になるとい
う問題点を存するものである。

更に高さ方向の位置を計測するには別の測定手段が必要
であり、全体の構成が複雑になるという問題点もある。

（問題点を解決するための手段及び作用）この発明は上
記の点に鑑みなされたものであうで、地上の基準となる
１箇所の地点に、水平面内において定速回転するレーザ
光線を発光する１台のレーザ発光装置を設置し、該レー
ザ光線が基準方位（以下においては基準方位を北位とす
る）を向いたときに信号を発信する手段（例えば近接ス
イッチ）を設け、該信号をリセットポイントとしてレー
ザ光線の回転角度に応じて同期して変化する信号（周波
数、電波強度またはパルス符号）の電波を無指向性送信
機から送信することにより、上記レーザ光線に方位情報
が付与される。

位置を計測しようとする車両については、該車両上の見
通しのきく位置に９円筒面の周囲に多数のたんざく状の
レーザ受光板を貼着したレーザ受光器を載置したレーザ
受光装置を設置し。

該レーザ受光装置の受光面は該車両の傾斜、地面の凹凸
に関係なく常に垂直になるように、かつレーザ光線の受
光位置は、受光面のほぼ中央の高さになるように、姿勢
制御装置を介してレーザ受光器を該車両上に設置する。

このようにして、車載の円筒状レーザ受光器が受光する
レーザ光線から、２箇の角度データを得て、該車両の水
平面内における位置を決定することができる。また、該
レーザ受光器が載置される姿勢制御装置の脚長を測定す
ることにより、該車両の高さを決定することができる。

以上のようにしてこの発明では１箇所の基準点に対し、
複数台の移動車両の３次元位置を計測できるものである
。

（実施例） 以下図面に基づいてこの発明の実施例について説明する
。

第２図はレーザ発光装置２０の一具体例の概略図であり
９脚２５を有する筺体２４には、モータ２３によって定
速回転されるターンテーブル２２を介して、レーザ発光
器２１が回転可能なように枢着される。０はレーザ発光
器２１の回転中心線を示す。２８は近接スイッチで、レ
ーザ発光器２１から発するレーザ光が基準方位例えば北
位を向いたとき、近接スイッチ２８がＯＮになるように
設定し、そのとき無指向性送信機２６に対してパルス送
信トリガを与えるように成っている。２７は近接スイッ
チ２８と無指向性送信機２６を連結する電気ケーブルで
ある。このレーザ発光装置２０は。

脚２５の長さを調節することにより、レーザ発光器２１
の回転中心線０が垂直になるように地上に設置されるの
で２回転するレーザ光線は一つの水平面を形成すること
になる。

第３図はレーザ受光装置３０の一具体例の概略図である
。図においてレーザ受光部３１は１例えばアモルファス
シリコンから成る受光素子を細長いたんざく状の受光板
に形成し、該受光板の長手方向を円筒の軸方向に一致さ
せて多数貼着したものである。この円筒状のレーザ受光
部３１の中心線Ｐは、レーザ受光装置３０が車両に搭載
されたときに該車両の傾斜、地面の凹凸に関係なく、常
に垂直になるように、姿勢制御装置３２に載置される。

第１図はこの発明の水平面内における車両位。

置計算方法の説明図である。図においてＯは。

地上の基準となる１箇所の地点に設置されたレーザ発光
装置２０の位置を示し、第２図のＯに対応する。Ｐは位
置を計測しようとする車両上に設置されたレーザ受光装
置３０の位置を示し、第３図のＰに対応する。０を原点
とし、−例としてｙ軸方向を北位にとった直角座標軸を
０−ｘｙとし、レーザ受光部３１の円筒形状の外形線を
Ｃで表わし、Ｃの半径をｒ、レーザ光の受光範囲をＡＮ
Ｂ（Ａ及びＢは０から円Ｃに引いた接線の接点）、ＯＰ
の長さをＲ，７軸（北位）とＯＰの成す角をα、角ＡＯ
Ｂをθとすれば次式％式％ 故にＰ点の水平面内における座標ｘ、　　ｙは次式で計
算できる。

ｘ　＝　Ｒｓ　ｉ　ｎ　ｃｘ　・−−−−−−−−−−
＝−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（５１
ｙ＝Ｒｃｏｓα°°−°°パ−゛−°°−°−゛−−−
−−−−−−−−−＝＝　（６）上記（４）〜（６）式
における角度θ及びαを求める具体的方法については後
述する。（第４図参照）Ｐ点の高さ方向座標値２は０次
のようにして求める。すなわち、あらかじめ、レーザ受
光器（第３図の３１）の高さ方向の中央点の地上高をｈ
ｏとし、受光レーザは常に該レーザ受光器の高さ方向中
央点で受光するように、姿勢制御装置（第３図の３２）
の脚長を調節する。姿勢制御装置の４本の脚長の調節量
の平均値をｈとすれば。

ｚ＝ｈ０＋ｈ・−・・−−−−−−−−−−−−一−−
−−−・−・−・−・（７）・で求められる。

第４図（ａ）及び（ｂ）は前記（４）弐〜（６）式にお
ける角度θ及びαを求める方法の一興体例の説明図であ
って、第１図及び第２図も参照しながら説明する。レー
ザ発光装置２０の発射レーザ光が北位を向いたことを検
出する近接スイッチ２８からの信号をリセットポイント
として１発射レーザ光の北位からの回転角に応じて直線
的にｆｏ＝ｆ＋まで増加する周波数の電波を無指向性送
信機装置２６から発信し、この電波を車載の無線機５５
（第５図参照）で受信する。

回転角に応じて直線的に増加する周波数の電波の発生は
、鋸歯発生機例えばＶ−ｆコンバータ（電圧〜周波数変
換器）に依ればよい。尚。

Ｔはレーザ発光器２１の回転周期である。第４図（ｂ）
はレーザ発光器２１からのレーザ光をレーザ受光部３１
で受光したタイミングの説明図である。

レーザ光を第１図のＡ点からＢ点まで受光した時刻がそ
れぞれ１．．１．であり、この時刻における無指向性送
信機装置２６からの電波の周波数をそれぞれｆＡ、ｆＢ
とし。

ｔｓ−ｔＡ＝Ｔｏ　　（ｓｅｃ） ’Ａ　（ｆ＋＋　　　ｆＡ）＝ｆα（Ｈｚ）とすれば、
第１図の角度θ及びαは次式で求められる。

このθ及びαを前記（４）〜（６）式に代入すれば。

Ｐ点の水平面内における座標値ｘ、　　ｙが求められる
。

尚、この実施例では第４図（ａ）に示すように直線的に
変化する周波数を用いたが、この代りに直線的に変化す
る電波強度やパルス符号を用いても差支えない。

第５図はこの発明の土木作業現場における一具体例の概
要説明図である。図において５１及び５２はいずれも土
木作業中の建設車両、２０及び２６はそれぞれ第２図で
説明したレーザ発光装置及び無指向性送信機、５３及び
５４はいずれも第３図で説明したレーザ受光装置であり
、５５及び５６はいずれも無線機であって、送信機２６
からの周波数信号（第４図ｔａ＋参照）を受信、並びに
作業現場管理事務所５７内に設置された車両位置管理装
置５８と結ばれた無線機５９との間で２通信連絡をする
ように成っている。車両位置管理装置５８において１例
えば建設車両５１の位置読み出しを完了したら１次に建
設車両５２の位置読み出しを実施する。

第６図は１例として第５図の建設車両５１の位置計測を
する場合の一興体例のブロック図である。建設車両５１
が路面の傾斜、凹凸により傾斜すると、傾斜計６１（車
両の前後方向用と左右方向用の２セントから成る）から
の信号がコンピュータ６２を介して、姿勢制御装置３２
の作動部材を作用させてレーザ受光部３１の受光面を常
に垂直に保持するように成っている。またレーザ受光部
３１へ入ったレーザ光による信号は、受光レーザ処理回
路６３において、受光タイミングｔＡ＋ｔ、及びレーザ
受光部３１における受光高さ位置データとなってコンピ
ュータ６２へ入り、該受光高さ位置のデータを処理する
ことにより、受光位置をレーザ受光部３１の高さ方向中
央位置に位置するように、姿勢制御装置３２へ制御指令
を出す。また、無指向性送信機２６からの電波を車載の
無線［５５の一部材である５５．で受信し、コンピュー
タ６２へ入れる。コンピュータ６２では、車両の三次元
位置ｘ、　　ｙ及び２が計算されて、無線機５５の一部
材５５□から作業現場管理事務所５７内に設置された無
線機５９へ送られるように成っている。

（発明の効果） この発明は上述のようにして成るので、建設車両が稼働
する土木作業現場のように、（ａ）車両の走路が頻繁に
変り、（ｂ）車両の走路面が不整地。

という悪条件のもとでも、１箇所の基準点にレーザ発光
装置を設置するだけで、レーザ受光装置を搭載した複数
台の走行車両の位置計測が容易かつ安価に可能になる。

更に作業車の高さ方向の情報は、特に土木作業における
整地面の平坦性に直接関係し７作業の進捗状況が把握で
きるので、配車作業の効率化が期待できる。更に。

１箇所の作業現場管理事務所において、広範囲にわたる
複数台の作業車両の位置を把握できるので、適切な作業
指示を出すことができて１作業の大幅な能率向上及び安
全確保が可能となり。

更には作業の無人化も期待できるというすぐれた効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の車両位置計算方法の説明図、第２図
はレーザ発光装置の一興体例の概略図、第３図はレーザ
受光装置の一具体例の概略図、第４図（ａ）及び（ｂ）
は１位置を計測しようとする車両において、受光レーザ
光及び車載無線機の受信する周波数と１時刻との関係を
示す説明図、第５図はこの発明の土木作業現場における
一興体例の概略説明図、第６図は第５図における建設車
両５１の位置計測をする場合の一興体例のブロック図、
第７図（ａｌ及び（ｂ）はそれぞれ従来技術の位置計測
方法のうちの自由径路方法の円弧方法及び双曲線方法の
説明図である。 ２０、５３．５４・・・レーザ発光装置。 ２１・・・レーザ発光器、２２・・・ターンテーブル。 ２３・・・モータ、２６・・・無指向性送信機。 ２８・・・近接スイッチ。 ３０、５３．５４・・・レーザ受光装置。 ３１・・・レーザ受光部、３２・・・姿勢制御装置。 ４１・・・無指向性送信機、４３・・・近接スイッチ。 ５５、５６・・・（車載の）無線機。 Ｏ・・・レーザ発光器２１の回転中心位置。 Ｐ・・・車載のレーザ受光部３１の位置。 Ｃ・・・車載のレーザ受光部３１の円筒形状の外形線。 Ａ、Ｂ・・・０から円Ｃに引いた接線の接点。 特許出願人　株式会社小松製作所 代理人　（弁理士）松　澤　　統 第１図 第２図 Ｑゑな東口ヒ 第　７　図（ａ） 第　７　図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １箇所の基準位置において、水平面内で定速回転するレ
   ーザ光線を発光し、及び該レーザ光線が１回転する周期
   と同じ周期で上記レーザ光線の回転角度に同期して変化
   する信号電波を発信し、位置計測しようとする車両にお
   いて、上記レーザ光線を受光及び上記信号電波を受信す
   ることにより、上記車両の三次元位置を計測することを
   特徴とする、車両の三次元位置計測方法。